核工業(yè)的生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量的放射性廢液,由于放射性核素的存在,放射性廢液需要進行有效處理排放或進一步處理處置。離子交換工藝因其去污因子高而被用于處理中、低放放射性廢液,穩(wěn)定性能好的離子交換樹脂是常用的離子交換材料,吸附放射性核素的離子交換樹脂成為放射性廢離子交換樹脂,其處理處置已經(jīng)成為核工業(yè)發(fā)展面臨的難題之一。目前國際上在放射性廢樹脂的處理主要采用濕法氧化技術(shù)將樹脂降解后再進行固化處理處置,本研究選用微波輔助芬頓濕法氧化技術(shù)高效降解放射性廢陽離子交換樹脂,對降解產(chǎn)物進行了分析和水泥固化研究。研究發(fā)現(xiàn)微波輔助芬頓技術(shù)可以實現(xiàn)樹脂的高效降解,在微波輔助作用下,芬頓試劑產(chǎn)生的羥基自由基濃度遠大于普通芬頓試劑,產(chǎn)生的強氧化性羥基自由基與樹脂的化學(xué)鍵作用進行快速降解;同時微波對體系進行快速加熱達到理想的反應(yīng)條件,降低樹脂的表面結(jié)合能,羥基自由基能快速進入樹脂的內(nèi)部,實現(xiàn)內(nèi)外部同時降解,提高了降解效率。研究分析了微波輔助芬頓試劑方法各條件對降解效果的影響,低微波功率、酸性條件、合適的催化劑和氧化劑配比可以實現(xiàn)陽離子交換樹脂的高效降解。通過響應(yīng)面分析法分析了各個實驗因素對降解速率的影響,得到了優(yōu)化... 

【文章來源】：西南科技大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

離子交換樹脂吸附放射性核素示意圖

技大學(xué)碩士論文2換料腔和乏燃料水池的冷卻和處理、硼回收和廢液處理等系統(tǒng)，其比活度一般可達107～1013Bq·kg-1，主要包含放射性核素為Sr、Cs、Co、Ni、I等。離子交換樹脂的種類較多，核電站主要采用聚苯乙烯改性離子交換樹脂，如732型陽樹脂和717型陰樹脂。圖1.2為732（陽）、717（陰）樹脂結(jié)構(gòu)。732型陽樹脂是在交聯(lián)為7%的苯乙烯-二乙烯苯共聚體上帶有磺酸基（-SO3H）的離子交換樹脂；717型陰樹脂則是交聯(lián)季銨基（-N(CH3)3OH）。樹脂吸附放射性核素后，由于其放射性不能再重復(fù)利用，因此亟需進行處理和處置。圖1.2732（左）陽離子樹脂、717（右）陰離子樹脂由于樹脂具有較強的溶脹性能，導(dǎo)致水泥固化體增容量大；固化體容易開裂，影響其長期安全穩(wěn)定性。廢樹脂在暫存過程中會粉化、板結(jié)，長期貯存更不易后期處理與處置。世界核電大國對放射性廢樹脂處理方法進行了大量研究，但成熟、理想的處理方法較少，目前廢樹脂主要貯存在不銹鋼貯槽中�，F(xiàn)行這兩種處理方式均不利于放射性廢物的長期處理與處置，不符合IEAE提出的核廢物處理和處置最小化原則[2]；另外隨著核電站增加和運行，廢樹脂的體量越來越大，增加了其潛在安全風(fēng)險。放射性廢樹脂的安全處理處置已經(jīng)成為核工業(yè)發(fā)展亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一；同時也是我國核電自主化和“走出去”戰(zhàn)略的重要需求。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著核工業(yè)的發(fā)展，大量放射性廢液需要凈化處理，離子交換樹脂的使用量將逐步加大，放射性廢樹脂的貯存和長期處置問題日益凸顯，如何安全、經(jīng)濟、有效的處理和處置將成為影響核工業(yè)發(fā)展的重要因素之一。目前放射性廢樹脂的處理主要有水泥固化法、干法氧化法、微生物轉(zhuǎn)化法、濕法氧化法等[3-9]。早期樹脂固化研究主要采用水泥直接固化方式，主要選用廉價、

和硫酸鹽。若采用水泥固化技術(shù)再對殘留物進行處理，與廢樹脂直接水泥固化法相比，濕法氧化后再固化技術(shù)的減容率是前者的10-15%，有效地遵循了廢物最小化的原則。臺灣亞炬企業(yè)股份有限公司同樣也開展了相關(guān)研究，研究結(jié)果表明樹脂的含硫量直接影響了殘留物水泥固化體的效果，濕法氧化與降解殘液水泥固化技術(shù)的廢物減容比約3.5。2013年建成一套廢樹脂濕法氧化和廢液水泥固化反應(yīng)系統(tǒng)（簡稱WOHEST），其主要技術(shù)路線圖示于圖1.3。該系統(tǒng)每小時可處理廢樹脂40L，產(chǎn)生的固化體較廢樹脂直接水泥固化體積減容40%以上[53,65-66]。圖1.3WOHEST系統(tǒng)技術(shù)路線圖1.3研究目的、意義及主要內(nèi)容1.3.1研究目的芬頓濕法氧化技術(shù)降解放射性廢樹脂已經(jīng)經(jīng)歷近30年的研究，但仍未開展大規(guī)模的工程技術(shù)應(yīng)用，主要存在以下幾個問題：1.芬頓濕法降解樹脂的降解效率較低（反應(yīng)條件、自由基濃度）。美國橡樹嶺國家實驗室的廢樹脂降解時間為9-10小時，臺灣為8小時，主要是由于在芬頓反應(yīng)過程中，羥基自由基的存活時間短，生成速率和濃度較低導(dǎo)致。2.芬頓降解過程中產(chǎn)生大量的氣泡（特別是陰離子樹脂）。主要是反應(yīng)過程中產(chǎn)生的二氧化碳和氧氣等氣體，氣泡的產(chǎn)生一方面減小了樹脂和試劑的降解效率，另一方面氣泡將增加反應(yīng)容器的壓力，導(dǎo)致核素溢出風(fēng)險。3.芬頓試劑降解后可能導(dǎo)致殘液的體量增加。研究發(fā)現(xiàn)降解20g左右的樹脂需要試劑量一般為200-250mL，產(chǎn)生的廢液需要進一步濃縮減容處理。若能有效提高芬頓試劑降解廢樹脂的降解效率、控制氣泡量、注意廢液的減容，該

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